Элементы кинематики

Кинематика

Элементы кинематики.

Задание механики заключается в изучении разных движений и установлении их законов, которые дают возможность заранее предусматривать нужные движения и конструировать механизмы и машины.

Сначала возникла и развивалась так называемая классическая механика, основные законы которой были сформулированы Ньютоном. Она изучает движения макроскопических тел, скорости которых малые в сравнении со скоростью света. Макроскопические тела - это обычные тела, которые окружают нас, то есть тела, которые состоят из большого количества молекул и атомов. Движения тел, скорости которых близки к скорости света, изучаются в релятивистской механике, основой которой является теория относительности.

Движения микроскопических тел (элементарных частиц) изучает квантовая теория механики. Традиционно изучение курса физики начинается с классической механики. Это предопределено тем, что основные ее вопросы и методы при соответствующих обобщениях используются во всех других разделах физики. Относительно подхода изучения механических движений механику разделяют на:

- кинематика, которая изучает изменение положение тел или их частей в пространстве или во времени без учета взаимодействия с другими телами;

- динамика - это основной раздел механики, в котором устанавливаются законы механических движений в связи с теми механическими взаимодействиями тел, которые ведут к изменению их механических состояний;

- статика, которая изучает условия равновесия тел. Ее законы можно вывести из законов динамики, потому статику рассматривают как отдельный случай динамики.

Поскольку понятие пространства и времени - категории философские, то физика только устанавливает свойства, присущие именно им. На основе опытных данных в физике считается, что свойства пространства и времени не зависят от наличия материальных тел, что пространство - трехмерный, однородный, непрерывный и изотропный. Однородность просторную означает, что в любом его месте физические явления при одинаковых условиях происходят одинаково. Изотропность пространства значит, что возвращение системы взаимодействующих тел на некоторый угол не влияет на ход физических процессов. Классическая физика считает, что время также однородно, непрерывно и не зависит от наличия материальных тел.

Объектами изучения механики являются не реальные тела во всей их многогранности, а идеализирующие объекты - модели - это некоторый мнимый образ явления, которое опирается на известные понятия и позволяет построить полезную аналогию:

- материальная точка;

- абсолютно твердое тело;

- идеальная жидкость, и тому подобное.

Такие научные абстракции дают возможность сосредоточить исследование на выяснении основных законов механического движения, опуская второстепенные детали явлений, а также дают возможность использовать математический аппарат при изучении механических движений. За видом объектов исследования механику разделяют на:

- механику материальной точки;

- механику твердого тела;

- механику сплошных сред (гидродинамику, газодинамику, теорию силы упругости).

Материальная точка - самый простой объект, движение которого изучает механика - макроскопическое тело, размерами которого в данном случае можно пренебрегать, масса которого сосредоточена в одной геометрической точке. Понятие о том, когда реальное тело можно считать материальной точкой, зависит не столько от самого тела, сколько от характера движения, а также от содержания тех вопросов, на которые необходимо получить ответы. Абсолютные размеры тела не играют ни какую роль.

Важными являются относительные размеры, то есть отношение размеров тела к некоторым расстояниям, характерным для конкретной задачи. Одно и то же тело в одних условиях можно считать материальной точкой, в других - нет. Да, изучая движение Земли вокруг Солнца, Землю можно считать материальной точкой, поскольку ее диаметр представляет 0,0001 радиуса земной орбиты. Тело протяжных размеров можно заменить материальной точкой в тех случаях, когда важными являются не размеры и форма тела, и его масса.

Механика одной материальной точки в классической физике является основой для изучения механики вообще, поскольку макроскопическое тело, или систему тел, можно представить как совокупность малых тел, каждое из которых можно считать материальной точкой.